太阳辐射和大气科学测量专家

宾夕法尼亚州立大学——绿色屋顶热性能的建模和测量

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发布于: 2012年8月16日 目前全世界范围内已采用三种不同的方式开展绿色屋顶热性能的研究:现场实验、数值研究以及实验室或现场实验结合数值模型。经过审查,各研究结果表明绿色屋顶可以减少建筑物内的热通量。

然而,设计工程师们并没有一项标准的计算程序或工具,计算出绿色屋顶所带来的节能效应。因此,宾夕法尼亚州立大学花费七年时间开发出一项精确模型,用于预测绿色屋顶的热阻值“R”。“R”值表示模型中的一组方程式,可以用于实际建筑设计中所常用的各种能量模拟程序。

2003年夏季,研究人员开始建造多处绿色屋顶,对各屋顶的热特性进行实验室试验。上述图片中的示例绿色屋顶属于模拟典型的砖砌结构。该结构从下往上包含胶合板覆板、防水薄膜、排水过滤层、3.5英寸栽培基质和植物。

为了检查植物群的选择对绿色屋顶热性能产生怎样的影响,实验选择种植了两种植物——高加索景天和番杏科露子花属多肉植物。根据对已有研究和理论表述的分析,研究人员得出以下结论:R值可能会是当前天气条件、植物类型和建筑结构类型的一个函数。同时,分析结果还表明,控制多个天气参数集的最好方法是在环境试验室内建造屋顶,从而消除现场试验中存在的各种不稳定状态条件。

在试验中,需要使用新的仪器设备,以便能够测量影响绿色屋顶性能的各种重要物理参数。由于植物、栽培基质和天气条件等导致测试情况复杂,因此此前并没有完成这项测量任务。新仪器借助环境试验室进行热性能测试。研究人员受ASTM标准C177和C1363规定(分别对热板和热箱试验做出要求)的启发,开发出了一款冷板箱,可以在试验室中作为一种热源使用。 

左图中显示了用于测量热源的Kipp & Zonen CMP 21日射强度计和CGR 4地面辐射强度计。热源可悬挂于绿色屋顶样本上方的多个高度位置处,模拟各种不同程度的太阳辐射量。针对其余的气象特性(气温、风速和相对湿度),可以通过试验室的控制系统结合合适的送风散流器进行设置。